Русский
Русский
English
Авторизация
Ip-адрес
Восстановление пароля
Регистрация
Статистика
Реклама

Полупроводники

TSMC яркий пример успеха в мире ИТ, проект Госдепа, продукт неотвратимой глобализации?

22.04.2021 22:14:44 | Автор: admin

TSMC - эта не слишком милозвучная аббревиатура от Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, в современном мире стала синонимом феноменального успеха. На данный момент тайваньская компания обрела статус одного из наибольших мировых производителей полупроводниковой продукции, а в некоторых сегментах этой индустрии она и вообще вошла в положение монополиста. Занимая второе место по годовой выручке среди конкурентов является весьма удивительным фактом, что TSMC вполне сознательно сконцентрировалась исключительно на производстве полупроводниковых пластин - в мире просто не существует процессоров, модулей памяти под маркой TSMC. С чем это связано? Может быть и с самим неопределенным статусом острова, который является убежищем для непризнанной Китайской Республики - Тайвань. Каким вообще образом в 1987 году удалось основателю компании Морису Чангу - гражданину США, создать будущего лидера в самой передовой сфере ИТ производства на отсталом технологически, удаленном от центров цивилизации острове? О прошлом, настоящем и о том, что ожидает в будущем такую далеко не тривиальную компанию как TSMC и пойдет далее речь в статье.

Основатель

Очень часто невозможно понять современного положения вещей не уделив внимание исторической ретроспективе вопроса. То в каком состоянии пребывает нынешнее мировое производство полупроводниковой продукции неразрывно связано с такой неординарной личностью как Морис Чанг. Основатель и многолетний руководитель TSMC имеет весьма не заурядную биографию. Судьба этнического китайца Мориса, рожденного в Китае образца 1931 года, была крепко переплетена с судьбой всего Китая. Данное ребенку при рождении европейское имя Морис стало следствием того, что город Нинбо, в администрации которого его отец состоял на службе, являлся одним из 5 китайских "свободных" портов, где активно жили и работали европейские торговцы. Получив достаточно качественное начальное образование на английском языке в дальнейшем молодой китайский иммигрант сможет получить высшее образование в лучшем техническом учебном заведении США - МТИ (Массачусетский Технологический Институт). К иммиграции с родины молодого и перспективного китайца подтолкнули те бурные события которые неистово лихорадили всю юго-восточную Азию. Ряд китайских революций, японская оккупация, в 1949 году окончательное поражение коммунистам Мао националистического правительства Гоминьдана - в рядах которого молодой человек принимал участие, с одной стороны не оставляли Морису ничего другого как бежать из континентального Китая, с другой стороны сделает возможным его возвращение на Тайвань в 1985 году, где ему всего через два года будет суждено основать одного известного ИТ-гиганта.

Для понимание того, кто через 36 лет пребывания в США вернулся на Тайвань можно лишь глянуть на послужной список гражданина США Мориса Чанга.

Поучив в 1953 году диплом магистра Морис попробовал пойти далее по научной стезе, однако защитить докторскую диссертацию ему тогда было не суждено. В 1955 году году он устраивается в небольшую производственную компанию, в подразделение занимающееся полупроводниками. Было ли это предвидение молодого специалиста или просто случай неизвестно, но данное направление в технике теперь будет сопровождать Мориса всю его сознательную жизнь.

В 1954 году в США произошло довольно знаковое, однако малозаметное событие. Компанией Texas Instrumentsвпервые был налажен серийный выпуск транзисторов. Уникальность этого события для широких масс была несколько размыта поскольку сам принцип заложенный в радиодеталь давно уже не был новинкой. Существующие вакуумные лампы были куда надежнее предлагаемых до этого момента исследовательскими институтами "трехлапых монстров", откровенно говоря не обладающих достаточной стабильность в работе. Однако, настоящие специалисты понимали, что именно реализация подхода заложенного в работу транзистора пророчила ему самое светлое будущее. Миниатюризация печатных плат, колоссальное уменьшение электропотребления электроцепями, низкая цена в производстве все это должно было завоевать мир.

В 1958 году один из сотрудников Тexas Instruments создает и патентует первую в мире интегральную микросхему, в этом же году в компанию устраивается и Морис Чанг. Это было крайне удачное решение, ведь набирающей интенсивно обороты компании в самом скором будущем суждено будет стать самым крупным производителем полупроводниковой продукции в мире. В условиях отсутствия заслуженных авторитетов на ниве передовых технологий, хорошо образованный молодой китайский эмигрант с реальным производственным опытом в полупроводниковой тематике уже в 1961 году занимает весьма высокий пост начальника инженерного отдела. Отдав 25 лет жизни своему работодателю - Texas Instruments, Морис прошел практически все ступени карьерного роста. Вице-президент по внешнеэкономической деятельности - пост с которого в 1983 году Морис покинул Texas Instruments.

Возвращение в 1985 году на Тайвань весьма молодого - 54 летнего, человека с таким столь уникальным опытом не было случайным. Еще в конце 70х, США несколько изменила свою концепцию по продвижению своих интересов в юго-восточной Азии. Всесторонне разобрав ситуацию с поражением во Вьетнамской войне, правительство США решило сделать ставку, в первую очередь, на усиление экономических связей со своими союзниками в регионе. В рамках этой программы предполагался массовый перенос трудозатратных производств из самого США в страны с куда более дешевой рабочей силой. Это должно было дать обоюдовыгодный эффект. Япония, Филиппины, Южная Корея, Тайвань, Сингапур это те основные бенефициары проводимой политики США, что сейчас носят гордое название азиатских тигров. Под чутким руководством Мориса Чанга тайваньским китайцам - дисциплинированным и трудолюбивым, только-что оторваны от сохи, в этом новом мире суждено было занять свою новую высокотехнологическую нишу.

Корпорация TSMC

К слову, под управлением несменного лидера Мориса Чанга TSMC пробыла 31 год, основатель корпорации отошел от дел только в 2018 году, отдав ей 31 год своей жизни. Под его руководством компания стала знаковой не только для Тайвани, а и для всего мира. Что бы понять, что из себя сейчас представляет TSMC нужно взглянуть всего на несколько графиков. Главным из которых является конечно же уровень прибыли.

На рынке контрактных производителей полупроводниковой продукции TSMC с общей долей в 60% является безусловным лидером. Что же касается особо передового направления в производстве полупроводниковых пластин диапазона 5-32 нм, тут компания удовлетворила мировой спрос своей продукцией на 80% . Прибыль компании исчисляется миллиардами.

Если рассмотреть более детально структуру заработка самой TSMС по конкретному техпроцессу, то можно увидеть, что основная прибыль идет с наиболее продвинутых производств реализованных на уровне 5-7 нм техпроцесса.

Рассматривая исключительно техпроцесс не всегда понятно что за ним скрывается в мире реальных гаджетов. Но и тут отчет от TSMС поможет пролить свет на положение вещей. Более половины выпущенной компанией продукции устанавливается в смартфоны, треть станет основой для высоко производительных систем.

На сколько такая ситуация стала уникальной для TSMС? Да в общем не особо. За последние шесть лет структура прибыли у компании существенно не меняется. Наиболее прогрессивные технологии приносят около 50% заработка. Столь занятное распределение прибылей дает понимание того, что именно делает TSMС лидером среди контрактных производителей полупроводниковой продукции - интенсивное внедрение передовых технологий.

Но картина мира TSMС была бы не достаточно ясна, если бы не еще одна диаграмма. Поскольку компания весьма открытая ее регулярные статистические отчеты касаются самого разного спектра деятельности, в том числе и распределение получаемой прибыли в зависимости от реализации продукции в конкретном регионов мира. Это может и весьма удивительный факт, однако в 2020 году 75% выручки компании принес рынок Северной Америки. Торговля с КНР всего-навсего на уровне 6%. Торговля полупроводниковой продукцией с КНР резко упала в 2020 году как результат введенных против Поднебесной санкций со стороны США, но даже в досанкционный 2019 год эта цифра колебалась в районе 10%. Фактически, если пристально рассмотреть всю географию поставок продукции становится понятным - TSMС целиком и полностью зависит от потребителей в США как и ее международных партнеров.

Полупроводниковый полуфабрикат

Мы с вами много сказали про достижения TSMС и увидели множество красочных цифр, однако есть один существенный нюанс. Форма бизнеса которую ведет компания не предполагает выпуск собственного завершенного продукта будь то процессоры, модули памяти, SoC и тд. Как мы уже вспоминали TSMС стала самым крупным контрактным производителем полупроводников размещая на своих производственных мощностях заказы таких компаний как Apple, Qualcomm,Nvidia, AMD,MarvellBroadcom, MediaTek, Huawei и даже могущественной Intel. Однако в мире готовых решений ее доля не столь значительна.

Как видно на диаграмме розовая TSMС занимается исключительно "литьем" полупроводниковых пластин. В тоже время зеленые Intel и Samsung обладают полным циклом разработки, производства и реализации процессоров. Голубым цветом обозначены компании не обладающие своим производством полупроводников. Желтые же это исключительно поставщики производственного оборудования Как видно на диаграмме розовая TSMС занимается исключительно "литьем" полупроводниковых пластин. В тоже время зеленые Intel и Samsung обладают полным циклом разработки, производства и реализации процессоров. Голубым цветом обозначены компании не обладающие своим производством полупроводников. Желтые же это исключительно поставщики производственного оборудования

Для мира процессоров тайваньская TSMС хотя и является существенным фактором, но далеко не главным. И тут разговор идет уже не об объемах получаемой прибыли, а о завершенных технологических цепочках. Компания TSMС не обладает полным циклом производства полупроводниковой продукции, даже учитывая ее глубокое партнерство с AMD и Apple. Возникает вполне законный вопрос а кто ж тогда обладает? Обладают им Intel и Samsung, Texas Instruments и Broadcom, но и тут вопрос не такой простой как могло бы показаться. Кроме разработки архитектуры процессоров, коей занимается достаточное количество организаций, в производстве "чипов" ключевую роль играет создание тех самых полупроводниковых пластин, а в особенности оборудования на котором они будут создаваться.

Обозначенные желтым цветом компании это и есть производители оборудования. При казалось бы достаточном количестве предприятий - Applied Materials, ASML, Tokyo Elektron, Lam Reasearch, KLA, говорить о широком выборе оборудования все равно не приходится. Проблема с производителями этого оборудования состоит в том, что наиболее востребованная полупроводниковая продукция та которая обладает максимальным количеством транзисторов на квадратный дюйм, а в этом сегменте конкуренция у компаний уже весьма условна.

Та самая единственная в мире установка фотолитографии в EUV от ASML для производства полупроводниковых пластин по технологическому процессу 5 нмТа самая единственная в мире установка фотолитографии в EUV от ASML для производства полупроводниковых пластин по технологическому процессу 5 нм

Фактически в мире есть лишь одна компания готовая поставлять оборудование для производства полупроводников по 5 нм технологии и это Нидерландская ASML. Именно это оборудование и использует TSMС в производстве своей 5-7 нм продукции, также как собственно и корпорация Samsung. В тоже время Intel утверждает, что ее собственные разработки на основе оборудования от Applied Materials достаточно прогрессивны и дают возможность создавать на полупроводниковых пластинках, произведенных с использованием 7-10 нм техпроцесса, плотность транзисторов аналогичную плотности на пластинах произведенным TSMС с 5-7 нм.

Размытое будущее в едином фарватере

Столкнувшись с необходимостью покупки какого-то новомодного девайса рядовой потребитель зачастую впадает в ступор. Одолеваемый терзаниями выбора он рыщет по просторам интернета в поисках детальных характеристик, подробных обзоров, сравнительных анализов. В поисках ответов нарываясь в сети на бескомпромиссные дискуссии сторонников Samsung и приверженцев Apple, поклонников красных и любителей синих часто вообще теряется логическая нить происходящего. Однако, сняв всю эту цветовую мишуру и оторвав лейбл, не редко можно заметить, что все эти суровые в мире маркетинга конкуренты произведены на одних заводах, одним оборудованием, по весьма схожим технологиям.

Естественно глупо утверждать, что iPhone 12 и Samsung Galaxy S21 одинаковые аппараты, но также не разумно искать в них большие отличия. В современном мире все переплелось. Sony завалила весь мир встраиваемыми в смартфон камерами, Samsung стал абсолютным монополистом в производстве высококачественных экранов на базе OLED матриц, Qualcomm безусловный лидер в создании модулей связи 5G.

"Я беру камень и отсекаю всё лишнее" - Микеланджело Буонарроти в ответ на вопрос: Как вы делаете свои скульптуры?"Я беру камень и отсекаю всё лишнее" - Микеланджело Буонарроти в ответ на вопрос: Как вы делаете свои скульптуры?

Конечно, конкуренция на рынке полупроводников все еще присутствует, о чем хотя бы свидетельствуют потуги корпорации Apple захватить мир с помощью своих АРМ процессоров серии А и М. Intel также не стоит в стороне и хотя уже крепко сотрудничает и сейчас с TSMС, также как и всерьез рассматривает возможность перенести часть производства своих процессоров на фабрики TSMС, но все еще не отказывается от продвижения собственных технологий и очевидно будет их развивать.

В свете таких радужных перспектив для TSMС стоит ли от нее, как независимой компании, ожидать выхода на качественно новый уровень своего развития, что она вложится в свою раскрутку и обзаведется собственной линейкой процессоров, модулей памяти или вообще смартфонов? Очевидно нет. Угрожает ли бизнесу TSMС новый политический тренд в США по возврата производственных мощностей из за границы назад в страну? Скорее всего так же нет, ведь фактически азиатские партнеры настолько сильно завязаны с США технологически, экономически, политически, по линии военной помощи, что называть их в полной мере заграницей американцы могут весьма формально. Что касается непосредственно Тайваня то и подавно, без всеобъемлющей протекции со стороны США остров уже давным бы давно утратил свою независимость.

Все, что мы сейчас вообще наблюдаем в мире полупроводниковой продукции укладывается в единый фарватер планомерного, поступательного движения вперед. Сложность технологического прогресса породила необходимость объединения воедино разбросанных по всему миру разработчиков, производителей, рынков сбыта, маркетологов. Главную скрипку в этом глобализационном процессе сейчас естественно играет США, как собственно это всегда и было в сфере микроэлектроники.

На этом фоне было бы интересно сказать что-то про действительно независимых новаторов производителей полупроводниковой продукции, но действительность такова, что их просто нет. Оценивая те грандиозные финансовые вливания, что осуществляют в развитие и производство полупроводников компаниями Intel, Apple, Samsung, ASML, TSMС и тд. говорить о появлении даже в среднесрочной перспективе некого нового игрока также не приходится. Даже "всесильный" Китай, фактически, не обладает собственным полным циклом производства современных полупроводниковых пластин. Наиболее совершенным производством подобной продукции в континентальном Китае является компания SMIC ( Semiconductor Manufacturing International Corporation ), но и она готовится приступить к выпуску пластин по 7 нм техпроцессу исключительно на оборудовании от ASML и в этом свете любой сбой в технологической цепочке, благодаря тем же грозящим санкциям, может откинуть КНР в технологиях производства назад на целые десятилетия. Ежегодно инвестировать сотни миллиардов на протяжении десятилетий без гарантий ожидаемого результата - ноша довольно тяжелая и наверно не так уж и нужная. Хорошо ли сложившееся положение вещей или не очень? Этот вопрос не имеет смысла, ведь это действительность в которой мы будем жить еще весьма долго.

Если кто-то в серьез задался поставленным в самом начале статьи вопросом и по какой либо причине все еще не нашел на него ответа, можно лишь коротко подытожить - всего по чуть-чуть.

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Подробнее..
Категории: It-инфраструктура , Блог компании ua-hosting.company , Apple , Хостинг , It-компании , Исследования и прогнозы в it , Нанотехнологии , Серверы , Tsmc , Полупроводники

Металлизация алмаза превращение изолятора в полупроводник

09.10.2020 10:12:07 | Автор: admin


Преобразование одного вещества в другое, изменение свойств материала под собственные нужды, трансформация материи. Все эти действия сочли бы за колдовство и ересь буквально пару сотен лет назад. Сейчас же это вполне обыденные процессы, которые можно наблюдать в современных лабораториях. Однако есть нечто, что сделать по факту нереально или, как минимум, крайне сложно. В рассматриваемом нами сегодня исследовании ученые из МТИ (Массачусетский технологический институт, США) решили радикально изменить электрические свойства алмаза, превратив его из диэлектрика в проводник. Как это было достигнуто, каковы характеристики алмаза-проводника, и где может пригодиться подобная разработка? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования


В далеком 1949 году Кэрол Чэннинг впервые исполнила песню Бриллианты лучшие друзья девушек, которая большинству из нас известна в исполнении Мерлин Монро. Правдиво ли данное высказывание касательно драгоценного камня каждый может судить по себе индивидуально.

Бриллианты это красивые драгоценные камни, которые прекрасно смотрятся в украшениях или на музейных полках. Но вот их предшественники куда интереснее с научной точки зрения. Речь, конечно, об алмазах.

Алмаз это кубическая аллотропная форма углерода. Срок годности этого минерала в нормальных условиях фактически неограничен, так как он является метастабильным материалом. Также всем известен факт того, что алмаз является одним из самых твердых веществ на планете. Физико-химические свойства алмаза сделали его важнейшей составляющей для многих приборов и центром внимания многих исследований. Среди них и труды по электропроводимости, в которых алмазы наделяли свойствами проводника посредством внедрения примесей (например, бора).

Но в таком случае, преобразование алмаза в проводник происходит посредством допирования. Другими словами, сам алмаз по-прежнему остается изолятором.

Однако, как заявляют авторы сего исследования, открытие сверхбольшой упругой деформации в наноразмерном алмазе и более точное описание его электронной и фононной структур посредством машинного обучения позволили расширить спектр манипуляций, которые можно проводить с алмазами.

Получив новые данные и новые инструменты для исследований, ученые задались вопросом: может ли алмаз со сверхширокой запрещенной зоной (5.6 эВ) быть полностью металлизирован исключительно за счет механической деформации без фононной нестабильности, так чтобы его электронная запрещенная зона полностью исчезла? Как оказалось, это вполне реально.

Прежде всего ученые обращают наше внимание на другое исследование (Ultralarge elastic deformation of nanoscale diamond), в котором говорится, что монокристаллические и поликристаллические алмазные наноиглы (диаметр 300 нм) могут быть обратимо деформированы до локальных упругих деформаций растяжения выше 9% и 3.5% при комнатной температуре. Это умозаключение было подтверждено в последующих исследованиях, где объектом изучения были алмазные наноразмерные столбы, полученные с помощью резки образцов природного алмаза сфокусированным ионным лучом.

В рассматриваемом нами сегодня труде наибольшие локальные деформации растяжения 13.4% (ориентация решетки <100>) и 9.6% (ориентация решетки <110>) были достигнуты в наноиглах монокристаллического алмаза с ориентацией при изгибе. При этом соответствующие максимальные локальные деформации сжатия 14
% и -10.1% наблюдаются на стороне сжатия.

Получить такие результаты стало возможным за счет расчетов, экспериментов, моделирования и, что самое важное, машинного обучения, алгоритм которого должен определить оптимальные свойства алмаза для различных геометрий и условий нагрузки путем сканирования всех возможных комбинаций состояний деформации в общем шестимерном (6D) пространстве деформации.

Перед проведением фактического исследования ученые определили ряд основных вопросов, на которые они хотели бы получить ответы:

  • можно ли исключительно посредством наложения напряжения металлизировать алмаз при комнатной температуре и давлении? При этом необходимо достичь перехода от его естественного недеформированного состояния со сверхширокой запрещенной зоной (5.6 эВ) до полной металлизации с шириной запрещенной зоны 0 эВ без фононной нестабильности или структурных преобразований (например, графитизация).
  • какие состояния деформации и наименьшая плотность энергии деформации необходимы для достижения безопасной металлизации запрещенной зоны?
  • насколько такая безопасная металлизация может быть реализована в условиях деформаций, достижимость которых была доказана экспериментально?
  • как кристаллографические и геометрические переменные влияют на металлизацию алмаза?
  • какие условия запускают преобразование непрямого перехода запрещенной зоны в прямой или конкурирующий переход фазы графитизации в алмазе при деформации?

Результаты исследования


Забегая наперед, можно сказать, что в алмазе можно достичь электронной запрещенной зоны 0 эВ исключительно за счет наложения обратимых упругих деформаций, не вызывая фононную нестабильность или фазовый переход. Это открытие подразумевает, что обратимая металлизация/деметаллизация возможна за счет правильной комбинации условий механической нагрузки и геометрии в наноразмерном алмазе.

Было установлено, что безопасная металлизация может быть достигнута при значениях плотности энергии упругой деформации порядка 95275 мэВ/3. При этом даже незначительный изгиб <110> наноиглы может эффективно уменьшить ширину запрещенной зоны с 5.6 эВ до 0 эВ без фононной нестабильности при локальной упругой деформации сжатия около 10.8%. Однако увеличение напряжения изгиба может вызвать фононную нестабильность, которая приводит к необратимому фазовому переходу sp3 sp2 (алмаз графит) или разрушению образца.


Изображение 1

Выше представлены некоторые 6D-состояния деформации, которые приводят к исчезновению запрещенной зоны алмаза без фононной неустойчивости или графитизации. В кристаллографической системе координат [100] [010] [001] расчеты показывают, что одна такая полная и безопасная металлизация происходит, когда локальное состояние деформации 6D составляет (0.0536, -0.0206, -0.056, 0.0785, 0.0493, 0.0567).

На 1A представлен k-график GW* электронной зонной структуры для алмаза, деформированного до 6D состояния, указанного выше, в результате чего получается металл.
GW*: электронные зонные структуры алмаза при деформации растяжения могут быть предсказаны с высокой точностью на основе теории функционала плотности (DFT) с последующими расчетами GW (G функция Грина; W экранированное кулоновское взаимодействие).
Контуры плотности энергии деформации построены в двумерном (2D) пространстве на 1B, где черной звездой отмечен h = 98.7 мэВ/3.


Изображение 2

Изображение выше дополнительно иллюстрирует области безопасной металлизации алмаза без фононной нестабильности, а также демонстрирует обратимые преобразования прямозонный/непрямозонный при больших упругих деформациях.
Прямозонный полупроводник, в котором переход из зоны проводимости в валентную зону не сопровождается потерей импульса.

Непрямозонный полупроводник, в котором переход из зоны проводимости в валентную зону сопровождается потерей импульса.
На 2А показаны возможные состояния деформаций 11, 22, 33, охватывающие от -20% (т.е. деформация сжатия 0.2) до +10% (т.е. деформация растяжения 0.1), в которых индуцируется безопасная металлизация (отмечено коричневым цветом). В свою очередь, 2В является двумерной репрезентацией областей металлизации.

Посредством компьютерного моделирования было установлено два типа безопасной металлизации: прямой металл и непрямой металл (где переход зона-граница непрямой, т.е. из двух разных k-точек).

Двумерная область прямого металла, заштрихованная коричневым цветом, охватывает деформированное состояние, обозначенное звездой из 1В. Эта зона встроена в пространство деформации прямой запрещенной зоны (синяя область на 2B). Область непрямого металла, также заштрихованная коричневым, окружена белой зоной, представляющей пространство деформации для непрямой запрещенной зоны.

На 2С структура GW зоны перенесена в k-пространство, чтобы проиллюстрировать непрямое состояние металла в точке c (2B) внутри зоны безопасной металлизации. 2D и 2Е являются диаграммами зонной структуры, показывающими примеры ненулевых случаев прямой и косвенной запрещенной зоны.

Область, заштрихованная серым цветом вне пунктирных линий, это область больших упругих деформаций и нестабильной металлизации, где происходит фононная неустойчивость, приводящая к зарождению дефектов и/или фазовому переходу. А на 2F видно заметное уменьшение частоты фононов и возникновение мягкой моды, связанной с точкой деформации f на 2B, где имеет место фононная нестабильность и связанный с ней фазовый переход от алмаза к графиту.

Эксперименты показывают, что алмазные наноиглы перед разрушением демонстрируют сверхбольшой упругий изгиб. Такая деформация, приводящая к локальным деформациям сжатия, превышающим -10%, и деформациям растяжения, превышающим 9%, является обратимой после снятия нагрузки.

Далее было проведено моделирование для определения модуляции запрещенной зоны в изогнутых алмазных наноиглах при максимальных уровнях локальной деформации.


Изображение 3

На схеме 3А показан способ, при котором наконечник алмазного индентора надавливает на алмазную наноиглу, вызывая большую деформацию. Был применен метод конечных элементов (МКЭ), позволивший смоделировать латеральный изгибающий момент алмазной иглы во время контакта с острием индентора при учете нелинейной упругости, ориентации кубической решетки относительно оси иглы, направления изгиба и возможного трения между наконечником индентора и иглой.

Изображение 3В это результаты МКЭ моделирования для локальных деформаций сжатия (максимум -10.8%) и растяжения (максимум 9.6%) <110> алмазной наноиглы. Тут же представлены прогнозы распределения ширины запрещенной зоны.

Начало безопасной металлизации появляется на сильно напряженной стороне наноиглы при локальной деформации -10.8% (3C). Также было установлено, что склонность к более металлическому поведению с увеличением деформации не зависит от трения между индентором и наноиглой. <110> наноигла может выдерживать не более 12.1% локальной деформации растяжения до возникновения фононной нестабильности на стороне растяжения при ширине запрещенной зоны 0.62 эВ (3D).


Эволюция плотности энергии упругой деформации, ширины запрещенной зоны и соответствующей зонной структуры в месте максимального сжатия на наноигле, показывающая процесс металлизации алмазной наноиглы при изгибе (соответствует изображению 3).

Сторона наноиглы, где протекает сжатие, куда более устойчива к деформациям. Максимально достижимая деформация сжатия может составлять порядка -20% при ориентации с низким показателем преломления. Следовательно, можно предположить, что есть место для дополнительной упругой деформации после достижения безопасной металлизации в областях с преобладающим сжатием.

Еще одним важным аспектом, определяющим степень деформации и результирующую модуляцию запрещенной зоны, является кристаллографическая ориентация оси наноиглы.

Среди трех изученных типов <110>- и <111>-ориентированные наноиглы требуют относительно меньших деформаций растяжения для уменьшения ширины запрещенной зоны за счет деформации, тогда как ориентация <100> является наиболее сложной ориентацией для уменьшения ширины запрещенной зоны ниже 2 эВ или достижения металлизации. Это можно объяснить различием в гибкости доступа ко всем шести компонентам тензора деформации, выраженным в системе координат [100] [010] [001].

Несмотря на возможность чрезвычайно большой деформации в <100> -ориентированной наноигле, эта ориентация в первую очередь способствует нормальным деформациям, и результирующее максимальное уменьшение ширины запрещенной зоны ограничивается достижением фононной нестабильности, вызывающей разрушение или фазовое преобразование.

А вот для <110> и <111>-ориентированных наноигл намного легче инициировать различные компоненты деформации и, следовательно, легче провести преобразование зонной структуры и достичь модуляции запрещенной зоны.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог


Ученые заявляют, что помимо рассмотренных в данном труде вариантов алмазных структур, можно создать более сложные геометрические формы с отверстиями и впадинами за счет оптимизации топологии и микро- и наномеханической обработки геометрических элементов, не подвергая металлизированную зону воздействию приповерхностных областей, что еще больше увеличивает возможности металлизации алмаза.

Когда деформированный алмаз превращается в полупроводник с прямой запрещенной зоной, даже только локально в месте максимальной деформации, он будет демонстрировать фундаментальное улучшение оптических переходов вокруг края адсорбции по сравнению с недеформированным алмазом в его естественном состоянии. Поскольку поглощение экспоненциально увеличивается с толщиной материала, устройство преобразования световой энергии на основе полупроводника с прямой запрещенной зоной потребует гораздо меньшей толщины, чтобы поглощать такое же количество света. Следовательно, данный подход может быть использован в разработке новых типов фотодетекторов и излучателей от ультрафиолета до дальнего инфракрасного диапазона, работающих на одном кусочке алмаза.

Также важно отметить, что достижение полной металлизации алмаза в условиях упругих деформаций выше 80 мэВ/3 или при локальной упругой деформации на сжатие или растяжение > 9% является крайне сложным делом. Однако успешная реализация этой разработки может иметь значимый эффект на развитие электроники, оптоэлектроники и систем квантового зондирования.

Однако характеристики системы будут напрямую зависеть от ее практического применения. Другими словами, систему можно будет оптимизировать в зависимости от задач, которые она должна выполнять. На данный момент ученые смогли практическим путем доказать работоспособность своего творения. Пока это лишь концепция, однако она может быстро перейти от теории к практике, учитывая скорость развития технологий выращивания однородных алмазных материалов.

Несмотря на все сложности практической реализации полученных знаний, они по-прежнему остаются крайне важными элементами понимания того, как те или иные материалы с давно определенными свойствами способны менять их в зависимости от внешних факторов.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)

Немного рекламы


Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Подробнее..
Категории: Научно-популярное , Блог компании ua-hosting.company , Физика , Производство и разработка электроники , Электроны , Алмазы , Бриллианты , Диэлектрики , Металлы , Полупроводники , Напряжение , Изгиб , Растяжение , Фононы , Изолятор , Металлизация

2D-полупроводники спасут закон Мура?

30.10.2020 18:08:58 | Автор: admin

Использование дисульфида молибдена в качестве смазки известно с 17 века, когда переселенцы применяли его для смазывания осей тележек. С 1940-х годов вещество широко используется как компонент смазочных материалов. В природе дисульфид молибдена встречается в виде минерала молибденита (на фото)

Закон Мура эмпирическое предположение, что число транзисторов в интегральных схемах удваивается каждые несколько лет. Однако этот закон начал давать сбои, поскольку транзисторы теперь настолько малы, что современные технологии на основе кремния не могут предложить дальнейших возможностей для уменьшения их физических размеров.

Группа учёных из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) опубликовала описание технологии производства двумерных полупроводников, которые теоретически могут решить проблему.

Двумерные полупроводники позволяют распространение электронов вдоль плоскости, что имеет целый ряд преимуществ: 1)очень удобное переключение транзистора из открытого состояния в закрытое и наоборот; 2)направленное движение электронов без рассеяния, то есть на двумерных материалах можно сделать транзисторы с нулевым электрическим сопротивлением, которые вообще не тратят энергию впустую при включении/выключении. Такие материалы называются сверхпроводники.

Если сопротивление равно нулю, то что получается, процессоры со сверхпроводимостью не будут греться вообще?

Впрочем, обо всё по порядку.

Да, теоретически мы действительно можем получить транзисторы с нулевым сопротивлением. Но на самом деле существует много технологических барьеров, которые необходимо преодолеть для создания таких совершенных сверхтонких полупроводников. Одним из препятствий является то, что осаждённые ультратонкие плёнки слишком неоднородны, то есть с межзёренными границами. Эти границы представляют собой поверхность раздела двух кристаллитов в поликристаллическом материале, дефект кристаллической структуры. От них носители заряда как бы отскакивают и, следовательно, увеличиваются потери на сопротивление.

Одним из самых многообещающих сверхтонких полупроводников является дисульфид молибдена (MoS2), электронные свойства которого изучаются в течение последних двух десятилетий.

Однако получение двумерного MoS2 в промышленных масштабах оказалось реальной проблемой. Ещё ни одна промышленная технология осаждения MoS2 не продемонстрировала возможность получения плёнки без межзёренных границ, что критически важно для полупроводниковой промышленности. И вот именно здесь мы подходим к научной работе, которую опубликовали исследователи из школы химической инженерии Университета Нового Южного Уэльса и UCLA. Они разработали новый подход к самоосаждению MoS2, позволяющий устранить межзёренные границы, упомянутые выше.

Уникальная возможность устранить зернистость достигнута с помощью металлического галлия в жидком состоянии. Галлий удивительный металл с низкой температурой плавления всего 29,8C. Это означает, что при комнатной температуре он твёрдый, а если взять в ладонь сразу плавится. Он становится жидким, поэтому его поверхность атомарно гладкая. При этом жидкость остаётся металлом, так что поверхность обеспечивает большое количество свободных электронов для облегчения химических реакций.

Приблизив источники молибдена и серы к поверхности жидкого галлия, точнее, эвтектического сплава индия с галлием, учёные сумели реализовать химические реакции, которые образуют молибден-серные связи, чтобы получить необходимую плёнку MoS2. Сформированный двумерный материал нанесён на атомарно гладкую поверхность галлия, поэтому он естественным путём образует идеально плоскую форму без зернистости.


Самоосаждение MoSx на поверхности эвтектического сплава индия с галлием (EGaIn). На дальнейших шагах техпроцесса получается двумерная полупроводниковая плёнка идеальной структуры без зернистости. Процесс можно проводить в промышленном масштабе

На иллюстрации вверху показано, как происходит самоосаждение MoS2. На иллюстрации внизу непосредственно сами листы.


Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия высокого разрешения кристаллических листов MoS2. На иллюстрация G и F: схема кристаллов и реальная восьмиугольная структура кристаллов

Это очень важный шаг для промышленного производства сверхгладких плоских полупроводников.

Исследователи UNSW планируют усовершенствовать технологию для создания других двумерных полупроводников и диэлектрических материалов, которые используются в микроэлектронике. Учёные подчёркивают, что этот метод представляет собой универсальную процедуру осаждения любого двумерного дихалькогенида переходного металла (2D TMD или ДПМ) больших размеров, которая может быть адаптирована для крупномасштабного производства, заменив традиционные методы получения 2D TMD.

Научная статья опубликована 2октября 2020года в журнале Advanced Functional Materials (doi: 10.1002/adfm.202005866).


Подробнее..
Категории: Научно-популярное , Производство и разработка электроники , Процессоры , Закон мура , Компьютерное железо , Полупроводники , Блог компании intersect.host , Микроэлектроника , Жидкий галлий , Дисульфид молибдена , Mos2 , Tmd , Дпм

Исследователями Samsung открыт новый материал для производства полупроводников

18.08.2020 18:15:11 | Автор: admin
Ученые из Высшего технологического института Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology, SAIT) в сотрудничестве с Национальным институтом науки и технологии Ульсана (UNIST) и Кембриджским университетом рассказали об открытии нового материала под названием аморфный нитрид бора (a-BN). Исследование, опубликованное в авторитетном научном журнале Nature, способно ускорить появление полупроводников следующего поколения.

Внутри кратко о сути открытия с комментариями от руководителя SAIT Россия, к.ф-м.н Станислава Полонского.


2D материалы ключ к преодолению проблем масштабируемости


SAIT занимается исследованием и разработкой двумерных (2D) материалов кристаллических веществ, состоящих из одного слоя атомов. В частности, специалисты института работали над изучением и разработкой графена и добились революционных результатов в этой области создали новый графеновый транзистор, а также новый метод производства монокристаллических пластин большой площади из чешуйчатого графена. Помимо этого, ученые SAIT заняты ускорением коммерциализации материала.

Чтобы улучшить совместимость графена с полупроводниковыми процессами на основе кремния, выращивание пленок графена на полупроводниковых подложках должно осуществляться при температуре ниже 400 C, рассказал Хён Чжин Шин, руководитель проекта по разработке графена и главный исследователь SAIT. Мы также постоянно работаем над расширением сферы применения графена, не ограничиваясь полупроводниками.

Трансформированный 2D материал аморфный нитрид бора


Недавно открытый материал под названием аморфный нитрид бора (a-BN) состоит из атомов бора и азота с аморфной структурой молекулы. Несмотря на то, что аморфный нитрид бора получают из белого графена, который включает атомы бора и азота, расположенные в гексагональной структуре, благодаря своей молекулярной структуре новый материал обладает уникальными отличиями от белого графена.

Аморфный нитрид бора имеет лучшую в своем классе сверхнизкую диэлектрическую проницаемость 1,78 с сильными электрическими и механическими свойствами и может использоваться в качестве межсоединительного изоляционного материала для сокращения электрических помех. Также было продемонстрировано, что материал в чешуйчатой форме можно выращивать при низкой температуре, всего 400C. В связи с этим ожидается, что аморфный нитрид бора будет широко применяться в полупроводниках, таких как решения DRAM и NAND, и, особенно, в памяти следующего поколения для крупномасштабных серверов.

Станислав Полонский, начальник управления перспективных исследований и разработок Исследовательского центра Samsung:

Скорость современных полупроводниковых интегральных схем определяется не только скоростью переключения транзисторов, но и скоростью распространения электрических сигналов от одного транзистора до другого. С точки зрения посылающего сигнал транзистора, передающий сигнал другому транзистору провод представляет собой конденсатор, который нужно зарядить. Чем меньше емкость такого конденсатора, тем быстрее он заряжается, тем быстрее передается сигнал. Емкость конденсатора уменьшается вместе с диэлектрической проницаемостью изолятора, окружающего металлический провод. Полученные корейскими учеными рекордно низкие значения этого параметра приведут к рекордным высокой скорости передачи сигналов на микросхеме, увеличивая ее производительность. Все просто!

Кратко о достижениях SAIT последних лет:
2012: графеновый барристор, триодное устройство с барьером Шоттки, управляемым затвором (SAIT, опубликовано в Science)
2014: чешуйчатый рост пластины монокристаллического монослоя графена на многоразовом водородно-терминированном германии (SAIT и Университет Сонгюнгван, опубликовано в Science)
2017: Реализация непрерывного монослоя углерода Захариасен (SAIT и Университет Сонгюнгван, опубликовано в журнале Science Advances)
2020: сверхнизкая диэлектрическая проницаемость аморфного нитрида бора (SAIT, UNIST и Кембриджский университет, опубликовано в журнале Nature)

Источник новости.
Подробнее..
Категории: Физика , Производство и разработка электроники , Транзисторы , Графен , Диэлектрики , Блог компании samsung , Полупроводники , Графеновый транзистор

Физики из Германии нашли способ объединить квантовую криптографию с полупроводниковыми технологиями

19.09.2020 16:20:36 | Автор: admin

Немецкие ученые создали новый способ генерировать инфракрасные одиночные фотоны на основе кремния. Источник создает до 100 тыс. фотонов в секунду. Подход может объединить квантовую криптографию с популярными полупроводниковыми технологиями.

Квантовое распределение ключей используют для обеспечения безопасности данных. Суть способа в выработке общего секретного ключа шифрования для двух удаленных пользователей, используя только открытый канал связи. В основе метода законы квантовой механики. Третью сторону, которая пытается расшифровать ключ, всегда можно обнаружить. Собственно процесс измерения квантовой состояния приводит к аномалиям квантовому индетерменизму. При этом ключ успешно создается только в том случае, когда аномалии не превышают заданного порога.

Протоколы передачи квантовой криптографии основаны на передаче одиночных фотонов. Фотоны это кванты света в виде поперечных электромагнитных волн. Однофотонная система обеспечивает безопасность способу. Если фотонов будет несколько, то их можно перехватить и подобрать ключ таким же путем, как это делают допущенные пользователи. Но есть особенности у источников одиночных фотонов. Несмотря на достигнутый прогресс при их создании применяют слабые лазерные импульсы. И другая фундаментальная проблема шум. Оптоволокно по-разному нагревается из-за передачи отдельными фотонами, а потому может быть изогнуто. Из-за этих ограничений сейчас существуют пределы пропускной способности квантовой связи. По стандартному кабелю передается 1,26 мегабита в секунду на расстояние 50 км. И 1,16 бита в час на расстояние 404 км по специальному кабелю с ультранизкими потерями данных.

Однофотонная система. Источник
Физики из Дрезденского технического университета под руководством Михаэля Холленбаха (Michael Hollenbach) и ученые из Центра им.Гельмгольца Дрезден-Россендорф создали систему источников одиночных фотонов на основе пластин SOI из кремния. Кремниевые чипы лежат в основе всех современных устройств, включая процессоры и микроконтроллеры. Как правило, микросхемы изготавливают из монокристаллического кремния.

Схема кристаллической структуры кремния с одним G-центром
При помощи ускорителя немецкие ученые поместили в кремний атомы углерода. Два соседних атома C вместе с атомом кремния Si образовали отдельную молекулу, называемую G-центром. G-центр излучает фотоны, находясь под фокусируемым лазером длиной 1,3 микрона. Фотоны данного вида без препятствий распространяются по оптоволокну.

Прототип генератора, созданный немецкими физиками, может создавать порядка 100 тыс. одиночных фотонов. Все научные испытания проводили на пластине SOI, установленной в криостат замкнутого цикла Attocube 800, который обеспечивал базовую температуру в 4,6К.


Авторы исследования сообщают, что впервые продемонстрировали допустимость размещения в промышленных пластинах SOI однофотонных излучателей. Они также представили концепцию реализации фотонной платформы, совместимой с современными кремниевыми технологиями.

Открытие поможет внедрить квантовые процессоры и ретрансляторы в существующие системы, использующие кремниевые компоненты.

Результаты исследования опубликованы в журнале Optiсs Express.

Подробнее..
Категории: Физика , Криптография , Блог компании selectel , Квантовые технологии , Исследования и прогнозы в it , Технологии , Чипы , Технологии будущего , Полупроводники , Открытия , Кремний

Китай планирует обогнать США в разработке чипов. Насколько это реально?

05.10.2020 12:23:18 | Автор: admin


США все туже закручивает гайки в отношении Китая, стремясь остаться мировым лидером в технологическом секторе, включая полупроводниковую промышленность. Но и Китай не собирается подвергать себя угрозе технологической блокады со стороны Соединенных штатов. По данным Bloomberg, Пекин несколько недель назад заявил о намерении поддержать создание промышленности, которая способна с нуля производить так называемое третье поколение полупроводников. План рассчитан на пять лет, то есть к 2015 году у Китая должны появиться крупнейшие предприятия, производящие самые современные компоненты электронных устройств.

КНР до сих сохраняет пятилетний горизонт планирования, текущая пятилетка уже 14-я в истории страны. В октябре план должен быть утвержден лидерами страны, после чего на реализацию проекта развития отечественной полупроводниковой инфраструктуры выделят более триллиона долларов США. По мнению аналитиков, Китай хорошо понимает, что страна, которая владеет технологией производства современных чипов, если не правит всем остальным миром, то в состоянии оказывать сильнейшее давление на другие государства.

После заявления китайского правительства начали резко расти акции китайских производителей полупроводниковых элементов. Например, Fudan Microelectronics Group Co. выросла в цене на 4,3%. Will Semiconductor Ltd. увеличила капитализацию на 10%. Акции еще двух производителей полупроводниковых компонентов, Xiamen Changelight Co. и Focus Lightings Tech Co. подорожали на 14% и 5,6% соответственно.

В чем вообще проблема?


Несмотря на то, что у Китая мощная промышленность, включая производство полупроводниковых элементов и электроники в целом, права на большинство технологий принадлежат американским компаниям. Если те решат порвать с КНР отношениям, стране придется туго.

Ситуация ухудшается еще и потому, что Китай импортирует в год около $300 млрд электронных компонентов. Если США захотят, страна может заблокировать эти поставки, и тогда начнутся проблемы у китайских компаний, производящих электронику и все, что ос ей связано.



Сейчас все к этому и идет США уже внесли в черный список несколько десятков технологических компаний из США. Те, кто попали в этот список, потеряли возможность закупать необходимые элементы и использовать необходимые им американские технологии. Есть обходные пути, но они достаточно сложные, дорогие, плюс рискованные. Если кто-то из партнеров китайской компании, находящейся в черном списке, попадется на контрабанде, в этот же список отправится и посредник. Что касается принципа работы подобных схем, до для объяснения, что это, можно просто вспомнить о белорусских креветках, меме, ставшем очень популярным после введения Россией запрета на поставку ряда европейских продуктов.

Так что если Китай не желает покупать чьих-то креветок, стране действительно необходима собственная полупроводниковая промышленность.

Не только полупроводники


Китай планирует постепенно замещать импортное оборудование, позволяющее производить полупроводниковые компоненты, отечественным. К 2025 году страна планирует на 70% обеспечить свои потребности в оборудовании для производства полупроводников собственными силами. 30% остается на импорт, но с каждым годом этот показатель будет снижаться. Слишком высока вероятность усиления конфронтации США и Китая, и КНР не хочет рисковать.

Китай создал специализированный фонд для накопления средств, которые станут использовать для реализации программы полупроводникового импортозамещения. Он называется по-простому Большой фонд (Big Fund). В первую очередь, с его помощью будут финансироваться такие поставщики оборудования для производства электроники, как Naura, Advanced Micro-Fabrication Equipment, Hwatsing, ACM Research, Mattson Technology и Shanghai Micro Electronics Equipment. Эти компании критически важны для достижения первой цели плана Китая развертывания производства для выпуска чипов по 28 нм техпроцессу.

Достижимы ли цели?


В реальности плана властей Китая сомневаются многие представители индустрии, не только зарубежные, но и китайские эксперты. Сюй Цаньхао, профессор университета Сучжоу, считает, что цели правительства Китая слишком амбициозны: Если мы говорим о 40 нм техпроцессе или даже более старых технологиях, конечно, китайские компании могут их освоить. Но если говорить уже о 5 нм техпроцессе, здесь тупик обойти американские компании невозможно. Китай всегда отставал в сфере разработки полупроводников. Кроме того, в производство чипов вовлечено слишком много цепочек.

Возможно, он действительно прав. Дело в том, что китайские фабрики могут предоставить лишь 20% необходимого оборудования и технологий, необходимых для освоения 28 нм техпроцесса. Все остальное придется импортировать из США, Японии, Южной Кореи или Европейского союза. Исключить Соединенные Штаты полностью нельзя, поскольку американские технологии используются практически всеми зарубежными компаниями. Китаю придется строить собственное производство современных чипов практически с нуля. По-другому не получится.

Европейская компания ASML, например, производит фотолитографические системы. Но в основе их лежит американская технология. Разработка этих систем длинный процесс, к которому подключены разные производственные цепочки. Создание национальной на 100% системы подобного класса без участия международных компаний и привлечения иностранных технологий задача невозможная.

Ранее американское правительство запретило этой нидерландской компании продавать оборудование SMIC, одному из крупнейших производителей электронных компонентов Китая. Компании пришлось прислушаться. ASML до сих пор ожидает решения собственного правительства по этому вопросу. Если ожидание затянется, у китайцев возникнут крупные проблемы.

Без этих инструментов Китай останется далеко позади. Если США решат лишить китайские компании доступа к технологиям, Китай мало что сможет сделать. Предприятиям КНР необходимы оборудование и технологии для продолжения работы, сообщил Ден Ванг, аналитик из Gavekal Dragonomics.

Несмотря на то, что китайские компании хорошо финансируются, они получили налоговые льготы, им придется потратить немало времени на создание аналогов американских технологий. США, Европа и Япония потратили полвека на достижение текущего уровня. А Китай собирается пройти тот же путь всего за 2-3 года. Возможно ли это? Сложно сказать, но вероятность достижения успеха все же невелика.

В Китае, конечно же, есть компании, которые разрабатывают и выпускают инновационные продукты. Весной Yangtze Memory Technologies заявила о создании прототипа 128-слойного 3D NAND чипа. Пока что подобных технологий нет ни у кого. Но эта компания использует американские технологии, оборудование, которое нельзя целиком произвести в Китае. Поэтому если США прекратит деловые контакты с этой компанией, ей не удастся повторить свое достижение просто не будет необходимых инструментов.

Не мытьем, так катаньем


Несмотря на все, что сказано выше, шансы достичь поставленных целей у Китая есть. Один из факторов целеустремленность китайцев. Несколько десятков лет назад страна выпускала лишь недорогой и не очень качественный ширпотреб, и это была вовсе не электроника.

Всего за пару десятилетий китайцы смогли стать крупнейшим производителем электроники в мире. При условии правильной фокусировки усилий и целевого расходования средств пройти 50-летний путь пусть не за 2-3 года, но лет за 5-7 все же можно.

Положительный фактор размеры страны и количество населения. Китаю не обязательно нужно рассчитывать на международный рынок своей электронной продукции, хотя очень желательно. У местных производителей есть огромный внутренний рынок объемом в триллионы долларов.

Кроме того, страна может попробовать вначале стать крупнейшим производителем чипов и компонентов для интернета вещей, что не так сложно, как в случае производства чипов для смартфонов и ПК. Объем рынка IoT постепенно расширяется, сейчас даже кофеварки с холодильниками стали умными, не говоря уже о камерах, роботах-уборщиках и всем прочем. Так что Китай может сначала захватить лидерство в этой сфере, а потом, используя наработки и созданную инфраструктуру, попробовать импортозаместить американскую продукцию и технологии.


На правах рекламы


Прямо сейчас вы можете заказать мощные серверы, которые используют новейшие процессоры AMD Epyc. Гибкие тарифы от 1 ядра CPU до безумных 128 ядер CPU, 512 ГБ RAM, 4000 ГБ NVMe.

Подробнее..
Категории: Производство и разработка электроники , Процессоры , Сша , Аналитика , Финансы в it , Финансы , Китай , Блог компании vdsina.ru — хостинг серверов , Чипы , Полупроводники

Дефицит чипов увеличился уже до 30, индустрии грозит кризис продолжительностью в год

25.02.2021 02:16:19 | Автор: admin

В последнее время все чаще появляются новости вроде видеочипов не хватает, дефицит процессоров, поставки ноутбуков под угрозой. И это не просто новости, а отражение реальной действительности, которая даже хуже, чем может показаться. По словам экспертов, проблемы на рынке полупроводниковых элементов сохранятся до конца этого года.

Основная причина цифровизация всего и вся, переход в онлайн, увеличение объемов трафика и т.п. Промышленность оказалась не готова к пост-ковидной реальности. В итоге мы получили глобальный дефицит на рынке микросхем, который угрожает нормальному ходу работы многих отраслей, от автомобилестроения до производства ноутбуков и промышленных систем.

Насколько все серьезно?


По данным аналитического агентства J.P. Morgan, объемы поставок полупроводников в разных отраслях на 10-30% ниже потребностей этих отраслей. Для того, чтобы промышленность смогла нарастить объемы производства, нужно от 6 месяцев до года. Соответственно, весь этот период мы будем наблюдать проблемы с поставками разных систем и устройств, где используются чипы.

По мнению разных аналитиков, причина дефицита в том, что под влиянием пандемии все и вся цифровизуется, сотрудники компаний работают удаленно, повышается спрос на технику и, соответственно, чипы. Ну а у промышленности при всем желании пока нет возможности нарастить объемы производства.


Ну и все бы ничего, но сейчас активно развивается торговая война между США и Китаем. А это еще один негативный фактор, который провоцирует спад объемов производства.

Плюс ко всему, на Тайване, фабрики которого поставляют огромное количество чипов, постоянно случаются какие-то проблемы природного характера. То были тайфуны, наводнения и землетрясения, теперь нехватка воды. Водохранилища региона заполнены примерно на 20%, что заставляет власти настойчиво рекомендовать промышленным компаниям снижать расход воды на 7-11%. Ну а без воды не удастся и нарастить объемы производства.

В итоге TSMC и VIS, по данным Reuters, начали заключать контракты на поставку воды цистернами, чтобы избежать перебоев с водоснабжением.

У производителей полупроводников все хорошо, это нам плохо


Да, производители чипов чувствуют себя прекрасно от клиентов нет отбоя, цены на чипы постоянно растут. Плюс увеличиваются и акции самих производителей. За последний год биржевой индекс PHLX Semiconductor, который отслеживает десятки акций крупнейших производителей чипов, вырос сразу на 65%. В то же время индустриальный индекс S&P 500 вырос на 17%, высокотехнологичный индекс Nasdaq Composite на 43%.

Представители аналитической компании Lopez Research даже заявили о том, что на рынке полупроводников сейчас идеальный шторм, так что вряд ли стоит ожидать снижения дефицита в ближайшее время. Наоборот, есть угроза того, что индустрия войдет в период неконтролируемого хаоса.

По мнению одного из экспертов, ситуация ухудшается еще и потому, что производители сейчас переходят на новые техпроцессы, процесс производства усложняется. И это одна из причин, по которой поставщики электронных компонентов не могут в кратчайшие сроки увеличить объемы поставок.


Ранее уже сообщалось, что проблемы сейчас у всех, кто использует современные полупроводниковые чипы в производстве. Например, у автомобильной отрасли здесь такие гиганты, как Nissan, Toyota и Volkswagen собираются снижать объемы производства. И не потому, что у них не хватает возможностей для выполнения плана, а потому, что нет чипов, которыми оснащаются современные автомобили. Сейчас машина это уже не только транспортное средство, но и высокотехнологичная электронная система, сервер на колесах.


Из-за дефицита полупроводников снижается прибыльность автомобильных компаний. Например, прибыльность General Motors по итогам 2021 г. может рухнуть до 3,4%, а у Ford Motor до 1,8%. Если говорить о выручке, это означает падение валовой выручки у первой компании до 30%, или $2 млрд. У Ford $2,5 млрд. Для наглядности можно посчитать снижение поставок автомобилей в штуках только американские компании, скорее всего, недопоставят 350 тыс. автомобилей. А потом ситуация станет еще хуже.

Все пропало?


Не совсем, все же производители чипов понимают проблему, а поскольку стоимость их продукции все время растет, то ведь можно получить сверхприбыли, если начать поставлять сверх плана. И так и происходит. В последнем квартале 2020 года поставщики полупроводниковых элементов превзошли все предсказанные объемы поставок. Планы были перевыполнены. В этом году тенденция будет такой же, только объемы производства будут расти еще быстрее. Такой ситуации ожидает AMD, Qualcomm и другие крупные вендоры.


Да, поскольку ситуация остается сложной, а потребности потребителей чипов увеличиваются, то и дефицит какое-то время будет расти, как и говорилось выше. Весной ожидаются задержки поставок на 14 недель и выше. Но потом все выйдет на круги своя.

Кстати, по мнению Кристофера Ролланда (Christopher Rolland), финансового аналитика компании Susquehanna, текущий дефицит является немного искусственным. Нет, речь не о корпоративных сговорах. Просто многие компании много потеряли во время завершения бума чипов 2018 года. Тогда вендоры наращивали и наращивали объемы производства, поскольку покупатели требовали все больше и больше. Но потом спрос внезапно снизился, а вот объемы производства так же быстро уменьшить не удалось.

В итоге на складах оказалась масса никому не нужной продукции, которая хотя и медленно, но устаревала ведь рынок полупроводниковой электроники очень динамичен. После этого начался еще более серьезный спад, в результате которого снизилась стоимость акций большинства компаний, участников рынка чипов. В это число вошли такие гиганты, как Nvidia, Micron Technology, AMD и другие.

Так что без оглядки на будущее производители уже не будут наращивать объемы производства. Они внимательно отслеживают ситуацию и стараются держать баланс между потребностями рынка, собственными возможностями и рисками перепроизводства.

Подробнее..
Категории: Производство и разработка электроники , Блог компании selectel , Статистика в it , Исследования и прогнозы в it , Производство , Кризис , Полупроводники

Поучительная история про китайских производителей микросхем

07.04.2021 10:06:45 | Автор: admin

В 2019 году правительство США наложило санкции на две крупные китайские телекоммуникационные компании, отрезав их от жизненно важных поставок полупроводниковых микросхем. Компания Wuhan Hongxin Semiconductor Manufacturing Co. тогда пообещала выйти на путь самообеспечения перед лицом все более жестких ограничений, накладываемых со стороны США. Частная компания заявила на своем веб-сайте, что привлечет в общей сложности 20 миллиардов долларов, чтобы производить 60 000 передовых чипов год.

Спойлер: компания Hongxin обанкротилась.

Незавершенный завод Hongxin в портовом городе Ухань сейчас стоит заброшенным. Его основатели исчезли, несмотря на то, что они задолжали подрядчикам и инвесторам миллиарды юаней.

Компания один из шести многомиллиардных проектов, потерпевших крах за последние два года. Их взлет и падение поучительная история в отрасли, которая переполнена государственными деньгами, но все еще испытывает дефицит опыта, и является предварительным обзором дорогостоящего и извилистого пути, по которому Китаю придется идти к полупроводниковой самодостаточности, которая теперь является приоритетом национальной безопасности.



Вид через микроскоп на китайский микрочип, установленный на стенде контролируемого государством проекта Tsinghua Unigroup во время 21-й Китайской международной выставки высоких технологий в Пекине в 2018 году

Громкие обещания


Компания Hongxin Semiconductor была основана в ноябре 2017 года как совместное предприятие между администрацией района Дунсиху города Ухань и компанией Beijing Guang Liang Lantu Technology.

Китайское правительство пытается создать национального чемпиона в полупроводниковой промышленности. Имея четкую цель, местные органы власти стремятся поддержать частные предприятия, производящие микросхемы, даже те, которые имеют сомнительную квалификацию.

Желание развивать собственных производителей микросхем привело к серии безрассудных инвестиций в плохо спланированные проекты, многие из которых обанкротились за пару лет после выкупа многомиллионных инвестиций у государственных органов.

Эта ситуация привлекла внимание Китайской национальной комиссии по развитию и реформам (Chinese National Development and Reform Commission, NDRC). Во время брифинга для прессы, состоявшегося в октябре 2020 года, пресс-секретарь Мэн Вэй заявила, что некоторые компании с недостаточными знаниями в области разработки интегральных схем вслепую участвовали в проектах.

Один из соучредителей Guang Liang, Цао Шань только закончил среднюю школу и использовал ложные учетные данные и другую личность. Другой соучредитель, Ли Сюэен, занимался продажей традиционной китайской медицины, алкоголя и табака до того, как основал Hongxin, согласно корпоративным отчетам, рассмотренным NDRC.

Цао обещал инвестировать в размере 1,8 миллиарда юаней (279,1 миллиона долларов) за 90% акций HSMC (Hongxin Semiconductor Manufacturing Co.), в то время как правительство Уханя выделило 200 миллионов юаней на оставшуюся часть.
Всякий раз, когда Цао встречался с потенциальными инвесторами, он представлялся вице-президентом компании Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) или вице-президентом нью-йоркского офиса Acer. Он также хвастался личными связями с высокопоставленными китайскими правительственными чиновниками.


Цао Шань даже не было настоящим именем основателя HSMC. Цао на самом деле звали Бао Энбао, который позаимствовал имя водителя своей семьи. У TSMC не было вице-президента по имени Цао Шань, а у Acer даже не было офиса в Нью-Йорке. На самом деле Бао только окончил школу и не имел технических навыков, необходимых для изготовления полупроводниковых пластин.
Эти недостатки не помешали HSMC стать признанным звездным проектом для Уханя и провинции Хубэй. HSMC позиционировала себя как проект, в который было вложено 20 миллиардов долларов. Как HSMC, возглавляемая альтер-эго Бао Энбао, удалось пустить пыль в глаза инфесторов, ветеранов отрасли и правительственных спонсоров, остается загадкой.
Имея много денег, поступающих в бюджет, HSMC объявила об амбициозных планах по производству микросхем от 90 до 7 нанометров. Цао заявил, что HSMC станет третьим после TSMC и Samsung в области чиповых технологий.

Все, что было нужно, это техническая команда для реализации видения. План Бао по найму инженеров и техников был прост: он выберет компанию с хорошими связями в отрасли и заплатит солидную плату за найм лучших талантов. HSMC прибегла к услугам кадровой компании Shanghai Jingtai, чтобы переманить до 100 старших технических специалистов. Чем выше их уровень, тем больше комиссионных HSMC готово было платить.


За короткое время HSMC удалось сформировать высококвалифицированную команду инженеров, которые присоединились за привлекательное вознаграждение. HSMC также смогла закупить желанную машину для литографии у голландского производителя оборудования ASML. В какой-то момент казалось, что Бао на самом деле строит функциональное предприятие по производству полупроводников.


Однако инженерам не потребовалось много времени, чтобы придраться к работе HSMC. Бао заключил контракт на строительство с Wuhan Torch Construction Group, компанией, у которой не было опыта строительства заводов по производству полупроводников. Чтобы ускорить процесс планирования, Бао приобрел старые заводские чертежи SMIC в проектном институте. Для Бао никогда не было первостепенной заботы о том, будет ли завод работать. Все, что ему было нужно, это стены и крыша, чтобы HSMC могла привлечь больше инвестиций от центрального или местного правительства.

Китайские производители микросхем по-прежнему в значительной степени полагаются на европейские, американские и японские технологии, большая часть которых, в свою очередь, опирается на американскую интеллектуальную собственность, которую США не намерены допускать в руки Китая. Спрос на полупроводники в Китае продолжает расти за пределы того, что он может обеспечить сам; торговые данные показывают, что в 2019 году Пекин импортировал чипов на сумму 350 миллиардов долларов.

Учитывая эту зависимость, правительство Китая вкладывает большие деньги в этот сектор, чтобы ускорить разработку и производство микросхем внутри страны. В последнем документе о пятилетнем экономическом планировании страны, опубликованном в марте, интегральные схемы полупроводники определены как приоритетный сектор для финансирования исследований и разработок.

Тотальный подход привел к заметным достижениям. Успешные компании по разработке микросхем, такие как Cambricon и Huawei HiSilicon, позволили Huawei заменить некоторые из своих разработанных в США микросхем в своих мобильных телефонах. Недалеко от Hongxin находится Yangtze Memory Technologies Co. (YMTC), частично государственная компания, которая планирует удвоить производство микросхем памяти, чтобы обогнать южнокорейские Samsung и SK Hynix, которые в настоящее время доминируют в производстве.

Череда ошибок


Между тем, две других крупных полупроводниковых компаний Tacoma Semiconductor Technology Co. Ltd. и Dehuai Semiconductor Technology Co. Ltd. также обанкротились.

Tacoma находится в 520 км от Уханя вдоль реки Янцзы, в портовом городе Нанкин. Там тайваньский предприниматель Джозеф Ли изначально нашел желанную гавань для своих амбиций, основав в городе свою компанию в 2015 году. Он пообещал собрать 3 миллиарда долларов на производство микрочипов при консультации с израильской компанией Tower Semiconductor (ранее TowerJazz).


Ли в 2016 году стал соучредителем второй компании Dehuai Semiconductor в городе Хуайань провинции Цзянсу. (Ли продал свою долю в том же году, сославшись на противоречие в видении с другими менеджерами фирмы.)
В 2017 году Ли пригласил китайские СМИ совершить поездку по объектам Tacoma, заявив, что компания заработала 200 миллионов юаней (30,7 миллиона долларов). Tacoma на данный момент так и не завершила строительство своих производственных мощностей.
В 2018 году сотрудники Tacoma обратились в мэрию Нанкина с жалобами на невыплаченную зарплату. Корпоративные документы Китая показывают, что против Такомы в провинциальный суд было подано 50 судебных исков, и все они были направлены на возмещение затрат на строительство или невыплаты заработной платы. Ли оспаривает задолженность сотрудников по выплате заработной платы в размере 20 миллионов юаней.

Hongxin, Tacoma и Dehuai смогли получить государственное финансирование на миллиарды юаней при условии, что они будут соответствовать этому с собственными инвестициями обязательство, которое так и не реализовалось. В конечном итоге Tacoma собрала лишь небольшую часть 250 миллионов из 2,5 миллиардов юаней от того, что обещала.

Мы никогда не думали, что, когда наш денежный поток иссякнет, мы не сможем найти новые источники финансирования, на которые мы рассчитывали, сказал Ли японской телекомпании NHK в марте этого года.

Технологические аналитики говорят, что последние провалы в производстве полупроводников в Китае показывают, насколько астрономическими являются первоначальные затраты в этой отрасли.

Роспуск компаний Hongxin, Tacoma и Dehuai привел к каскадной цепи банкротств.

Судебные протоколы показывают, что правительство Уханя конфисковало около 120 гектаров земли и аппарат ASML компании Hongxin для выплаты долга на сумму около 128 миллиардов юаней (19,6 миллиарда долларов).

По словам жильцов по соседству, Hongxin незаметно выехал из своей штаб-квартиры в конце прошлого года. Примерно в 10 минутах езды от гостиницы находится заводской комплекс, представляющий собой не что иное, как бетонную оболочку.


Руководителей нигде не найти, говорит Ван Лийин, директор Huaiyu Construction Co. в Ухане, с которой был заключен субподряд на строительство завода Hongxin. Ван утверждает, что подрядчики Hongxin все еще должны ему более 40 миллионов юаней (6,14 миллиона долларов) за строительные материалы, и предъявляет им иск в суде Ухани.

Tacoma и Dehuai официально объявили о банкротстве, а местные органы власти взяли на себя оставшиеся активы компаний для реструктуризации. Суд обязал основателя Tacoma Джозефа Ли не покидать материковый Китай до тех пор, пока он не выплатит долги компании. В настоящее время он живет в портовом городе Нинбо и работает над своим новым предприятием по разработке микросхем Chengxing Semiconductor Company, которое он основал в 2019 году.

Ли говорит, что также работает с местным правительством Нанкина над реструктуризацией компании и привлечением новых инвесторов. Возобновить работу Tacoma это единственный способ не подвести сотрудников и подрядчиков компании, написал он в WeChat.

Еще три крупных предприятия обанкротились в 2020 году. Даже солидные компании-производители микросхем сталкиваются с проблемами финансирования; Материнская компания YMTC Tsinghua Unigroup заявила в декабре прошлого года, что не выполнила своих обязательств по выплате основной суммы долга по облигациям на сумму почти 2,5 миллиарда долларов из-за проблемы ликвидности.


Урок


Учитывая большое количество полупроводниковых компаний, получающих государственные инвестиции, некоторые из них обречены на провал. Это дорогостоящая, но необходимая ошибка в стремлении Китая к технологической независимости.

Полупроводниковая промышленность характеризуется высокими требованиями к инвестициям, высоким риском и, конечно же, возможностью получения высокой прибыли. В процессе разработки компаниям требуются постоянные финансовые вложения и поддержка.

Даже воспользовавшись рычагом промышленной политики и огромными государственными субсидиями, трудно конкурировать с ведущими компаниями, такими как южнокорейский Samsung и тайваньский производитель микросхем TSMC, которые ежегодно тратят баснословные деньги на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.

Высокий риск не остановил волну новых участников. По данным китайской корпоративной базы данных Qichacha, только в прошлом году появилось более 20 000 новых компаний, связанных с полупроводниками.

Но бизнесу по производству микросхем для выживания требуется полная экосистема цепочек поставок, а не только горстка хорошо финансируемых стартапов.

Китайские политики пытаются замедлить бум полупроводниковых компаний, предостерегая от чрезмерных инвестиций и проектов белых слонов.


На правах рекламы


Эпичные серверы это виртуальные серверы которые прекрасно подойдут для размещения разнообразных сайтов. Сумасшедшая производительность благодаря мощным процессорам семейства AMD EPYC и очень быстрым NVMe дискам Intel. Обязательно закажите!

Подробнее..
Категории: Производство и разработка электроники , Процессоры , It-компании , Финансы в it , Китай , Полупроводники , Блог компании vdsina.ru , Микропроцессоры

Китайская компания начала поставки оборудования для производства 5-нм чипов

11.04.2021 14:15:43 | Автор: admin

В этом году мы несколько раз писали об успехах китайских разработчиков оборудования для производства чипов. Поднебесная после начала торговой войны с США стала очень активно внедрять импортозамещение, причем достаточно успешно.

Например, в январе стало известно о том, что китайские компании разрабатывают собственные процессоры для мобильных устройств и ноутбуков с десктопами. Вполне может быть, что в ближайшем будущем эти компании станут опасными конкурентами таких гигантов, как TSMC, Samsung и других. Ну а сейчас появилась новость о том, что китайская компания поставляет собственное оборудование для производства 5-нм чипов крупнейшим производителям мира.

Речь идет об AMEC, ее руководитель Джеральд Инь на отчетной конференции заявил, что ряд мировых лидеров по производству 5-нм чипов используют промышленные установки компании. К сожалению, информация о том, кто именно закупил оборудование, не раскрывается. Но и особой загадки нет, поскольку именно лидеров в этом направлении не так много это либо Samsung, либо TSMC, либо обе компании вместе.

Оборудование, о котором рассказал представитель компании, предназначено для плазменного сухого травления, которое называется еще реактивным ионным травлением. В ходе производства с кристалла снимается один слой за другим при помощи плазмы.

Китайская компания предоставляет оборудование для обработки 300-нм кремниевых подложек, которое может применяться для широкого спектра техпроцессов от 65 нм до 5 нм.

Два шага вперед и ни одного назад


Сейчас китайцы производят собственные чипы как процессоры, так и графические ускорители. Неплохо показало себя совместное предприятие Via Technologies и правительства Китая. В прошлом году компания выпустила процессоры KaiXian KX-6780A и KX-U6880A.

Первый из этих процессоров получил восемь ядер собственной разработки компании. Процессор поддерживал инструкции SSE 4.2 и AVX, виртуализации и шифрования. Частота работы около 2,7 ГГц, выполнен чип по 16-нм технологии.


Не отстают и другие компании, включая ту же Huawei, попавшую под санкции Китая. Всего в производство чипов Китай инвестирует $1,4 трлн долларов. Средства получат Alibaba Group, Huawei Technologies Co. Ltd, SenseTime Group Ltd. и ряд других высокотехнологичных компаний. Главная задача, которая ставится перед ними, снизить зависимость электронной отрасли Китая от других стран, преимущественно США.

В рамках развития собственной полупроводниковой отрасли Китай занимается и охотой за головами. Так, очень активно за профессионалами из этой сферы охотятся две китайские компании: Quanxin Integrated Circuit Manufacturing (QXIC) и Wuhan Hongxin Semiconductor Manufacturing Co (HSMC). Специалистам, которых приглашают на работу в Китай, предлагают зарплату в 2-3 раза больше, чем они получали на предыдущем месте работы. Перед таким предложением устоять могут немногие.

Подробнее..
Категории: Производство и разработка электроники , It-компании , Блог компании selectel , Китай , Исследования и прогнозы в it , Оборудование , Чипы , Полупроводники

Компания IBM изготовила полупроводники с техпроцессом 2 нм. В чем же подвох?

10.05.2021 20:18:52 | Автор: admin
image

Компания IBM освоила производство полупроводников с технологическим процессом 2 нм. Если не обнаружится никаких нюансов, то в скором времени можно ожидать просто огромного роста производительности и энергоэффективности чипов.


Хронология уменьшения размера технологического процесса


Наиболее известное правило в мире высоких технологий наблюдение, или закон Мура, гласит: каждые два года количество транзисторов на чипе увеличивается вдвое. Владельцы компьютеров могут вспомнить свои первые ПК, сравнить их с существующими современными моделями. Новое устройство всегда компактнее и мощнее предыдущего: согласно закону Мура, каждые 24 месяца количество чипов на интегральной схеме также увеличивается в два раза.
Этой формуле более 50 лет, она стала основной концепцией для создания современной техники, но, согласно подсчетам, закон Мура не вечен. Человечество уже подходит к максимальным возможным значениям в производстве полупроводников.


В 2007 году Мур признал, что вскоре закон утратит свою силу так как есть предел темпа развития технологий.

3 мкм такого технологического процесса компания Zilog достигла в 1975 году, Intel в 1979-м.
1,5 мкм Intel уменьшила технологический процесс до этого уровня в 1982 году;
0,8 мкм уровень Intel в конце 1980-х.
0,60,5 мкм компании Intel и IBM находились на этом уровне в 19941995 годах;
350 нм Intel, IBM, TSMC к 1997-му;
250 нм Intel, 1998 год;
180 нм Intel и AMD, 1999 год.
130 нм этого уровня компании Intel, AMD достигли в 20012002 годах;
90 нм Intel в 20022003 годах;
65 нм Intel в 20042006 годах;
4540 нм Intel в 20062007 годах;
3228 нм Intel в 20092010 годах;
2220 нм Intel в 20092012 годах;
1416 нм Intel наладила производство таких процессоров к 2015 году;
10 нм TSMC делала такие процессоры уже в 2016-м, а Samsung в 2017 году;
7 нм TSMC, 2018 год;
6 нм TSMC только анонсировала такой технологический процесс в 2019 году;
5 нм TSMC начала тестирование такого техпроцесса в 2019 году;
3 нм Samsung обещает делать процессоры с таким технологическим процессом к 2021 году.
2нм IBM освоило производство в 2021 году.


Основная часть


image


По словам представителей компании, инженеры IBM смогли разместить 50 миллиардов транзисторов на пластине, площадь которой сопоставима с площадью ногтя. Площадь кристалла составила 150 мм квадратных, а это означает, что на квадратный миллиметр поместилось 333.3 миллиона транзисторов. Плотность воистину потрясающая: для сравнения у топовых продуктов TSMC она составляет 91.2 миллиона, а у Intel 100.8. Подобный прорыв может стать настоящей революцией в мире цифровых технологий.
Ниже приведен список популярных компаний и размер их процессора и количество транзисторов.


Manufacturer Example Process Size Peak Transistor Density (millions/sq mm)
Intel Cypress Cove (desktop) CPUs 14 nm 45
Intel Willow Cove (laptop) CPUs 10 nm 100
AMD (TSMC) Zen 3 CPUs 7 nm 91
Apple (TSMC) M1 CPUs 5 nm 171
Apple (TSMC) next-gen Apple CPUs, circa 2022 3 nm ~292 (estimated)
IBM May 6 prototype IC 2 nm 333

Переход на 2-нм техпроцесс может повысить производительность на 45%, а если в приоритете поставить энергоэффективность, то при нынешних показателях производительности она вырастет на 75%, если сравнивать с топовыми на данный момент 7-нм чипами, что в первую очередь существенно отразится на автономности мобильных устройств.


image

Действительно ли IBM сделали 2нм процесс или это только маркетинговый ход? Разберем на примере 14 и 7нм у двух ведущих компаний по производству процессоров.


Пристальное изучение полученных изображений полупроводниковой структуры показало несколько любопытных фактов. Так, различия ширины затвора транзистора у 14 и 7 нм техпроцессов оказались минимальны: 24 нм у Intel против 22 нм у AMD, высота затворов так и вовсе оказалась равна на уровне погрешности. Как видим, никакого кратного отличия, на которое намекают маркетинговые наименования техпроцессов, нет.


image

Это ещё раз подтверждает тезис о том, что числа в названии современных литографических технологических процессов уже давно не имеют ничего общего с реальностью. Так, компания Samsung созналась, что её 8 нм технология это просто 10 нм с новой библиотекой элементов и обновлённым трассировщиком.


image

Всё это наводит на некоторые мысли. Так, рост производительности процессоров AMD RYZEN вероятнее всего может быть обусловлен в первую очередь именно инженерной работой и совершенствованием архитектуры, а не успехами TSMC в переименовании своих техпроцессов. Следовательно, ощутимый прирост от поколения к поколению будет зависеть от задела к модернизации, избранной AMD технологии чиплетов. Поскольку это первый опыт применения данной компоновки кристаллов, делать какие-то долгосрочные прогнозы сложно, но очевидно, что однажды возможности дальнейшего совершенствования будут исчерпаны, и AMD придётся у перейти к схеме +5% каждый год, либо менять парадигму и искать новые пути развития.


В то же время переход процессоров Intel на 10 и 7 нм может принести гораздо больший, чем можно предполагать, прирост, поскольку компания не увлекалась маркетингом нанометров, просто добавляя знаки + к своим 14 нанометрам, следовательно, новый техпроцесс может оказаться действительно значительно более продвинутым. Кроме того, Intel уже смотрит в будущее и проводит исследования в области альтернативных методов пространственной компоновки транзисторов и структур кристалла процессора.


Как бы то ни было, становится очевидно, что пресловутые числа в названиях техпроцессов не отражают физической реальности и размеров полупроводниковых элементов. Грядущие 5 и 3 нм от TSMC и Samsung, вероятнее всего, так же будут представлять из себя по сути 7++ и 7+++ технологии. Размеры элементов транзистора уменьшаются незначительно, увеличение плотности размещения транзисторов на единице площади достигается в первую очередь совершенствованием библиотек элементов, развитием программ-автотрассировщиков, оптимизацией самой структуры и компоновки блоков кристалла.


Какие же недостатки будут в производстве процессоров меньше 5нм?


image

Переход на новые уровень становится все сложнее. Используемые 5 7 нм обеспечивают должную производительность и компактность практически для всех существующих задач. Помимо этого проблема роста производительности успешно решается путем наращивания количества ядер. Причем этот показатель растет впечатляющими темпами.


Стоимость только создания производственной линии нового поколения исчисляется в сотнях миллиардов долларов. О том, во сколько обойдется создание завода для более мелких техпроцессов, остается только догадываться.


Повышение плотности расположения транзисторов имеет ряд существенных проблем. Первая тепловыделение. Самые горячие процессоры от Intel имеют TPD (уровень теплоотдачи) больше 250 Вт. Становится уже недостаточно даже воздушного охлаждения. Дальнейшее повышение плотности приведет к тому, что схемы будут просто выгорать.


Другая более существенная проблема квантовые процессы. При переходе на единицы нанометров существенно возрастает ток утечки, и эта проблема распространяется на другие транзисторы. В итоге, критически страдает энергопотребление. Не стоит забывать и про эффект туннелирования, который делает невозможным проектирование стабильно работающей архитектуры.


Каковы перспективы будущего? Пока есть запас в виде технологий 5, 3 и даже 2 нанометра. Не стоит забывать и про квантовые компьютеры. Пока они служат только для узкоспециализированных задач, но это временно. А значит, опасаться, что уже в текущем десятилетии мы упрёмся в физические ограничения создания транзистора на атомном уровне, не стоит. Тормозом станет, скорее, непомерная стоимость разработки и изготовления более совершенных степперов и проблема с созданием новых сверхмощных источников УФ-излучения. Впрочем, решение, возможно, уже не за горами и кроется в применении новых материалов, в частности соединений германия, гафния, либо графена. Но это уже совсем другая история.

Подробнее..
Категории: Процессоры , Intel , Amd , Закон мура , Читальный зал , Компьютерное железо , Исследования и прогнозы в it , Нанотехнологии , Ibm , Будущее , Samsung , Производство электроники , Полупроводники , Вычисления

Курс на независимость китайский производитель флеш-чипов осуществляет запуск 192-слойной 3D NAND памяти

12.01.2021 20:07:52 | Автор: admin
Источник

Yangtze Memory Technologies Co. (YMTС), ведущий производитель микросхем памяти в Китае, удвоит масштабы выпуска стандартных NAND-чипов. Компания планирует начать конкуренцию с технологическими гигантами Samsung и Micron. Более того, этот же производитель запускает опытное производство 192-слойной 3D NAND памяти.

В последние годы Китай усиленно создает внутреннюю цепочку поставок полупроводников и становится все более независимым от импорта микросхем. Достижение YMTC поставленных целей станет важной вехой в истории Китая.

В планах у китайской компании довести объем ежемесячного производства флэш-памяти NAND до 100 тыс.пластин. Это составит примерно 7% от общего мирового производства.

Фото: YMTC

Предприятие YMTC находится в Ухане, но оно не останавливалось даже в разгар пандемии COVID-19, что говорит о стратегической важности предприятия для Поднебесной. Стоимость компании на данный момент составляет $24 млрд и продолжает увеличиваться. Летом прошлого года компания запустила строительство второй очереди производственных линий. После ввода в строй дополнительных мощностей YMTC будет способна выпускать дополнительно 200 тыс. пластин в месяц.

Любопытно, что Samsung и Micron только приступают к выпуску 176-слойных чипов. Тогда как YMTC планирует обогнать конкурентов с более продвинутой 192-слойной памятью.

Фото: YMTC

В конце прошлого года китайская компания освоила выпуск 128-слойных микросхем. Хотя анонс о завершении их разработки вышел в апреле 2020 года.

Среди крупных клиентов YMTC Lenovo Group и Huawei. Помимо чипов NAND, компания выпускает твердотельные SSD-накопители для массового потребителя под брендом Zhitai.

Начинания молодой китайской компании дали импульс созданию работающей местной системы полупроводниковой промышленности. YMTC стали первыми в стране производителем флэш-памяти 3D NAND. Курс на рост определился после успеха 2019 года, когда компания впервые вышла на рынок с 64-слойными микросхемами.

Правда, здесь не обошлось и без проблем. Дело в том, что в угоду скорости страдает качество. К последнему у экспертов есть немало вопросов, поскольку несмотря на амбиции YMTC, уровень выхода годных изделий среди 128-слойной 3D NAND на конвейере YMTC не превышает 70%.

YMT коммерческое предприятие, дочка Tsinghua Unigroup. YMTC активно поддерживается государственными организациями. Например, компания получила средства от так называемого Большого фонда (the China Integrated Circuit Industry Investment Fund) главной программы в стране по финансированию выпуска микросхем.

Как бы не развивалась ситуация дальше, очевидно, что Китай подходит очень близко к финишной прямой в гонке за независимость в производстве чипов от других стран.

Подробнее..
Категории: It-компании , Блог компании selectel , Финансы в it , Китай , Исследования и прогнозы в it , Электроника , Память , Чипы , Полупроводники , Флеш-память , Производство чипов

Категории

Последние комментарии

  • Имя: Макс
    24.08.2022 | 11:28
    Я разраб в IT компании, работаю на арбитражную команду. Мы работаем с приламы и сайтами, при работе замечаются постоянные баны и лаги. Пацаны посоветовали сервис по анализу исходного кода,https://app Подробнее..
  • Имя: 9055410337
    20.08.2022 | 17:41
    поможем пишите в телеграм Подробнее..
  • Имя: sabbat
    17.08.2022 | 20:42
    Охренеть.. это просто шикарная статья, феноменально круто. Большое спасибо за разбор! Надеюсь как-нибудь с тобой связаться для обсуждений чего-либо) Подробнее..
  • Имя: Мария
    09.08.2022 | 14:44
    Добрый день. Если обладаете такой информацией, то подскажите, пожалуйста, где можно найти много-много материала по Yggdrasil и его уязвимостях для написания диплома? Благодарю. Подробнее..
© 2006-2024, personeltest.ru